CAMC―IP型二軸運(yùn)動(dòng)控制電路的功能及應(yīng)用

摘 要：(CAMC―IP是韓國(guó)AXT公司開(kāi)發(fā)的二軸運(yùn)動(dòng)控制電路，詳細(xì)介紹CAMC―IP的主要功能、特點(diǎn)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)要介紹以CAMC―IP為核。的基于PCI總線運(yùn)動(dòng)控制卡的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：CAMC一IP；運(yùn)動(dòng)控制；PCI總線；應(yīng)用；設(shè)計(jì)

1 引言
CAMC―IP是韓國(guó)AXT公司生產(chǎn)的一款用于二軸運(yùn)動(dòng)控制的電路，它利用脈沖輸出改變速度和移動(dòng)量．可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)進(jìn)行精確的位置控制、速度控制和線性，圓弧插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)等；它還具有多軸同步功能，可以利用同步協(xié)調(diào)控制多個(gè)軸；它的中斷功能可提高系統(tǒng)的反應(yīng)性能。另外，它的輸入，輸出信號(hào)均為數(shù)字信號(hào)，如果是從模擬傳感器反饋的信號(hào)。則需要通過(guò)模，數(shù)轉(zhuǎn)換之后再到達(dá)該電路的輸入端。它的數(shù)據(jù)總線可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇．可以是8位或16位。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能
圖1是CAMC―IP的功能結(jié)構(gòu)框圖，它包括X軸和Y軸的插補(bǔ)和控制等。該電路內(nèi)部由主機(jī)接口、寄存器組、計(jì)數(shù)，比較器、脈沖發(fā)生器等功能模塊組成。其中主機(jī)接口主要連接數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)：脈沖發(fā)生器則作為脈沖的輸出信號(hào)源，它的輸出有二種：脈沖和方向、PWM信號(hào)和參考時(shí)鐘的二分頻脈沖。

圖2示出該電路的引腳排列，它共有。128個(gè)引腳，封裝形式為128QFP。表1列出該電路部分引腳的功能。

3 主要功能和特征
(1)電源電壓：+3.3 V；
(2)輸入信號(hào)的最高電平：+5 V；
(3)輸出的最高脈沖頻率為4．096 Mp／s；
(4)獨(dú)立的2軸驅(qū)動(dòng)：一塊電路可以成功地控制2軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，并且功能完全相同；
(5)多種加速/減速控制：每個(gè)軸都可以進(jìn)行S曲線、梯形加速和減速控制，且每個(gè)軸加速和減速的速率都可以單獨(dú)設(shè)置；
(6)插補(bǔ)功能：該電路具有線性插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)和位模式插補(bǔ)功能。其中，2軸線性插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的坐標(biāo)范圍都是一2147 483 647~+2 147 483 647，在整個(gè)指定的插補(bǔ)范圍內(nèi)，插補(bǔ)精度是0．5 LSB；
(7)運(yùn)行模式：支持10種運(yùn)行模式，分別為連續(xù)運(yùn)行、信息查詢、零點(diǎn)回歸、脈沖預(yù)設(shè)置、傳感器檢測(cè)、線性插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、位模式插補(bǔ)和MPG運(yùn)行模式；
(8)多軸同步：該電路具有同步信號(hào)輸入引腳．當(dāng)要求多個(gè)電路以共同的時(shí)序進(jìn)行同步工作時(shí)?？梢允乖撘_連接同一個(gè)輸入信號(hào)：當(dāng)沒(méi)有同步要求時(shí)此引腳可以不工作：
(9)限位停止：它對(duì)電機(jī)的正向，反向運(yùn)轉(zhuǎn)都有獨(dú)立停止，減速限制信號(hào)，限制停止信號(hào)的有效狀態(tài)可以由軟件來(lái)設(shè)置：
(10)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤判斷：通過(guò)設(shè)置寄存器，如果數(shù)據(jù)中有錯(cuò)誤或者在電機(jī)預(yù)執(zhí)行時(shí)有錯(cuò)誤，電機(jī)都會(huì)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)：
(11)過(guò)范圍檢測(cè)功能：將內(nèi)部計(jì)數(shù)器和外部計(jì)數(shù)器的差值范圍寫到過(guò)范圍檢測(cè)的數(shù)據(jù)寄存器中，如果它們之間的差值大于預(yù)先設(shè)定的范圍，那么電機(jī)就應(yīng)該立即停止或者減速運(yùn)轉(zhuǎn)：
(12)循環(huán)計(jì)算功能：擁有內(nèi)部，外部循環(huán)計(jì)數(shù)和兩個(gè)32位寄存器，用于設(shè)定計(jì)數(shù)范圍。該功能可以使計(jì)數(shù)器在其設(shè)定的計(jì)數(shù)范圍內(nèi)無(wú)限制循環(huán)計(jì)數(shù)；
(13)對(duì)減速停止工作模式的增強(qiáng)：當(dāng)電機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)．執(zhí)行減速停止命令時(shí)可以在減速后使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)．或者使電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)；
(14)軟件限位的設(shè)置功能：根據(jù)內(nèi)部／外部計(jì)數(shù)器的值來(lái)設(shè)定比較數(shù)據(jù)，特定的位置可以由軟件來(lái)限制：
(15)輸入，輸出信號(hào)：每個(gè)軸有12個(gè)輸入信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)過(guò)程中位移和速度的變化，同時(shí)也有12個(gè)輸出信號(hào)．輸出信號(hào)在不同的模式之下具有不同的用途。

4 應(yīng)用
利用該運(yùn)動(dòng)控制電路可以設(shè)計(jì)出高性能和高精度的運(yùn)動(dòng)控制器或者運(yùn)動(dòng)控制卡．滿足當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。一個(gè)完整運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示．先將控制命令寫入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)指令給運(yùn)動(dòng)控制器，然后運(yùn)動(dòng)控制器再將脈沖和方向輸出給控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器．同時(shí)還包括信息的反饋環(huán)節(jié)，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。

運(yùn)動(dòng)控制卡的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

它利用。PCI總線實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與控制卡之間的信息傳遞，其中PCI采用高度綜合化的局部總線結(jié)構(gòu)，具有高性能和高吞吐量．并且可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備，同時(shí)可提供32位或64位數(shù)據(jù)寬度。這里，筆者采用32位數(shù)據(jù)寬度，可提供最大132 MB／s的數(shù)據(jù)傳輸率。另外．以運(yùn)動(dòng)控制電路CAMC―IP為核心，每個(gè)軸分別由脈沖信號(hào)，通用I／O信號(hào)及報(bào)警、限位等信號(hào)來(lái)控制。

其中PCI接口模塊利用PCI9052型接口電路來(lái)完成．它的主要信號(hào)有地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的輸入／輸出信號(hào)、總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號(hào)、奇偶校驗(yàn)信號(hào)、幀周期信號(hào)、主(從)設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)、停止數(shù)據(jù)傳送信號(hào)、初始化設(shè)備選擇信號(hào)、設(shè)備選擇信號(hào)、數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)、系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)、時(shí)鐘輸入信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、中斷信號(hào)和鎖定信號(hào)。

上位機(jī)通過(guò)PCI總線把命令寫入運(yùn)動(dòng)控制電路，運(yùn)動(dòng)控制電路接收到上位機(jī)的指令后，給驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制脈沖來(lái)完成各種運(yùn)動(dòng)控制。其控制過(guò)程可以分為指令控制模式過(guò)程和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的讀出過(guò)程。首先將緩沖參數(shù)地址寫入運(yùn)動(dòng)參數(shù)．接著將緩沖的命令地址寫入寄存器地址，當(dāng)所有的運(yùn)動(dòng)參數(shù)都寫入后就可以寫入開(kāi)始運(yùn)動(dòng)命令．使電路產(chǎn)生脈沖：首先讀出的是運(yùn)動(dòng)參數(shù)的地址(也就是寄存器地址)．然后再讀出運(yùn)動(dòng)參數(shù)值。

5 結(jié)束語(yǔ)
先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制提出了新的要求，要求實(shí)現(xiàn)高速度和高精度的位置伺服或軌跡跟蹤控制，以獲得控制系統(tǒng)的高精度和高效率．而運(yùn)動(dòng)控制電路在其中充當(dāng)著主要的作用。本文介紹的CAMC―IP是一款功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制電路．具有良好的二軸控制性能及插補(bǔ)功能?？墒拐麄€(gè)系統(tǒng)獲得較好的工作性能。